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基于全特性曲线抽水蓄能电站典型过渡过程特性分析

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摘要

第一章 绪论

1.1 选题意义和依据

1.2 国内外研究现状

1.2.1 基于CFD试验电站过渡过程分析

1.2.2 基于仿真平台运算进行过渡过程分析

1.2.3 基于全特性空间曲面建模与分析

1.2.4 水力机组调节系统非线性化建模

1.3 研究内容

1.3.1 水泵水轮机组基本数学模型的建立

1.3.2 开机过程分析和功角变化规律分析

1.3.3 分数阶引入对开机并网时刻的影响

1.4 研究方法及技术路线

1.4.1 研究方法

1.4.2 技术路线

第二章 抽水蓄能电站过渡过程理论和计算方法

2.1 抽水蓄能电站典型过渡过程描述

2.2 过渡过程特性分析的基本方法

2.2.1 传递系数计算的外特性法

2.2.2 传递系数计算的内特性法

2.3 小结

第三章 水泵水轮机甩负荷过渡过程建模与动力学分析

3.1 水泵水轮机调节系统数学模型

3.1.1 引水管道模型

3.1.2 电动发电机模型

3.1.3 调速器模型

3.1.4 水泵水轮机模型

3.2 水泵水轮机在水轮机工况下甩负荷传递系数的计算

3.3 甩40%负荷工况下系统非线性动力学分析

3.4 小结

第四章 水泵水轮机并网过渡过程分析

4.1 水泵水轮机调节系统数学模型的改进

4.1.1 引水管道与水泵水轮机动态模型

4.1.2 发电机二阶转子数学模型

4.2 非线性动力学分析

4.3 开机过程功角变化特性分析

4.3.1 发电机系统的哈密顿控制模型建立

4.3.2 功角特性分析

4.4 小结

第五章 水泵水轮机调节系统开机并网时刻分析

5.1 开机并网时刻非线性动力学分析

5.2 分数阶调节系统的建模

5.3 开机并网时刻分数阶非线性动力学分析

5.4 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

作者简介

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摘要

随着我国电力系统的快速发展,能源调整不断向稳定高效发展。抽水蓄能电站在电网中承担调峰填谷的作用,具有很强的灵活性和储能性,其作用在改善电网质量上具有显著的影响,所以近年来发展迅速。在抽水蓄能电站的运行过程中,水泵水轮机调节系统是抽水蓄能电站的核心部分,其运行的安全稳定性对电站运行过程有重要影响。尤其是在大波动过渡过程中,机组变化剧烈,水流流态复杂,对机组运行的稳定性影响剧烈,所以本文从系统科学的角度揭示水力机组过渡过程的非线性动力行为,从而探究抽水蓄能电站大波动过渡过程的本质,进而对电站的安全稳定运行提供理论依据。
  本文的研究对象为混流式水泵水轮机调节系统,基于实测抽水蓄能电站运行数据,拟合全特性曲线,并利用外特性方法计算动态传递系数,由传递系数的变化来展现水泵水轮机组在运行过程中的各种特性,从而建立一套基于实际数据的水泵水轮机数学模型,来反映系统的非线性动力学特征。总结整个研究过程,主要内容包括以下几个方面:
  (1)利用外特性方法从实测数据中获得动态传递系数拟合曲线,并将传递系数引入到水泵水轮机调节系统建模过程中,针对水泵水轮机甩负荷工况试验,建立突甩负荷时的非线性数学模型,在PID调速器控制下,进行参数调节,将以往kp,ki和kd的单一化调节过程扩展到三者相互影响下的调节关系,由此得出水泵水轮机组运行的最佳参数组合域,并利用MATLAB软件具体分析每一参数的影响。
  (2)研究了水泵工况转换为水轮机工况中的开机并网段,对并网过程进行了深入分析。求解了整个并网过程的动态传递系数,将以往一点的工况扩展到整个过渡过程的工况分析,由此建立可以描述整个并网过渡过程的数学模型,仿真结果合理的显现了机组运行稳定性伴随着导叶开度变化的特性。此外,将哈密顿控制理论引入水泵水轮机调节系统中,并对开机并网过程中的参数进行控制分析,通过数值模拟计算,得到功角在开机过程中随导叶开度的变化规律,同时也验证了哈密顿理论对发电机系统参数镇定的作用。
  (3)针对水泵水轮机在开机并网时刻机组运行容易进入反水泵工况,从而导致开机并网失败的特点,将分数阶理论引入水泵水轮机调节系统,探究分数阶建模对导叶开度变化和对机组转速的影响,通过数值仿真计算,在理论上揭示了分数阶理论在实现快速开机的过程中具有指导意义。

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